一种土壤重金属修复剂及其制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤重金属生物修复应用技术领域，具体涉及一种镉污染修复剂的制 备与应用。
【背景技术】
[0002] 重金属镉及其化合物均具有一定的毒性，曾是引起日本"痛痛病"污染公害事件的 污染源。2013年2月，南方日报刊发了《湖南问题大米流向广东餐桌》的文章，耕地土壤受 重金属镉的污染引起广泛关注。而根据全国土壤污染调查公报，在镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、 镍8种重金属污染物中，镉污染居首位，其点位超标率达到7 %。镉是耕地的首要污染物，镉 污染主要存在于矿区、污灌区、城郊农用地，总体来说南方污染重于北方。我国污灌农田已 扩大到1. 4X107hm2,其中镉污染耕地1. 3X104hm2,涉及11个省市25个地区，每年生产镉米 (镉含量超过lmg/kg的糙米）5. 0X107kg(马彩云，2013)。水、大气等受体的污染物最终将 会陆续转移到土壤中，鉴于我国的土壤重金属污染现状，以及我国人均耕地资源短缺的现 状，开展土壤重金属污染修复，保障食品安全和人体健康已刻不容缓。
[0003] 植物修复受超积累植物的生物量限制，修复时间较长。有机、无机化学钝化修 复，容易对土壤环境造成一定的破坏，在钝化重金属的同时易使土壤中的营养元素活性降 低，而微生物修复因具有成本低、环境友好及改善地力等优点受到广泛的重视，中国专利 201410101334. 8提供了一种镉耐性细菌及其抑制水稻吸收重金属镉的方法，公开了一种假 单胞菌液修复稻田镉污染的方法，因菌株发酵产品直接施用，未与载体复配，存在着微生物 活性低的弊端，同时单种功能菌修复效果稳定性低。中国专利201410681387. 1提供了一种 镉污染土壤微生物修复剂及其应用，仅简单的将微生物吸附于固体基质膨润土、海泡石上， 不能促进微生物的增殖，且将微生物和营养物质氮、磷、锌、铁直接复配容易降低微生物活 性。中国专利201310251933. 3提供了一种土壤重金属生物固定剂及其应用方法，采用纳豆 芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和康氏木霉等复配而成，制备方法复杂成本较高， 所用菌种对重金属的耐受性不明，因此适用范围窄，同时自然界中存在重金属活化菌株，相 关文献报道，巨大芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌对土壤镉均有活化作用，巨大芽孢杆菌能 够使磷酸盐溶解，使得磷酸盐固定的Cd2+释放出来，胶冻样类芽孢杆菌有较好的矿解作用， 能将土壤中的1(、51111、1%、0 &等元素释放出来，这些阳离子将与0(12+竞争吸附点位，且由于 K+浓度增加使得土壤离子强度增加，这两个因素都会降低土壤对镉的吸附（王小敏，2013)， 菌株随意复配容易降低施用效果、提高生产成本。中国专利201410829632. 9提供了一种土 壤修复的微生物复合菌剂及制备方法和用途，复合菌剂由一定比例的光合细菌、保加利亚 乳杆菌、枯草芽孢杆菌、啤酒酵母菌组成，对重金属镉的耐受范围较窄，施用方法为撒施和 喷洒在土壤表层，也容易造成菌剂生物活性降低。
[0004] 鉴于农田土壤重金属修复的最终目的在于阻断重金属污染物到食用作物的迀移， 因此寻找一种不占用农田、对农田无二次污染、适用范围广、效果好的土壤重金属修复剂尤 为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种土壤重金属修复剂的制备与应用。
[0006] 所述的重金属修复剂由淡紫拟青霉发酵液、东方伊萨酵母发酵液、地衣芽孢杆菌 发酵液和有机活性载体复配组成，按质量百分比的组成为淡紫拟青霉发酵液2-% -3%、 东方伊萨酵母发酵液2-% -3%、地衣芽孢杆菌发酵液6-% -14%、有机活性载体 80-% -90 % 〇
[0007] 其中，淡紫拟青霉（Paecilomyceslilacinus)优选为三炬03号菌株、保藏机构： 中国典型培养物保藏中心，保藏地点：湖北省武汉市，.武汉大学；保藏时间2010年6月30 日，保藏编号CCTCCN0:2010165 ;
[0008] 东方伊萨酵母（Issatchenkiaorientalis)优选三炬-06菌株，保藏机构：中国典 型培养物保藏中心，保藏地点：湖北省武汉市，武汉大学；保藏时间2012年11月21日；保 藏编号CCTCCN0:2012470
[0009] 地衣芽孢杆菌（Baclicuslincheniformis)优选三炬-10菌株，保藏机构：中国微 生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地点，北京市朝阳区，中国科学院微生物研 究所，保藏时间2015年4月24日；保藏编号为CGMCCNo. 10741。
[0010] 所述的有机活性载体由菇渣、海藻渣复配组成，按质量百分比的组成为菇渣 70% -100%、海藻渣0% -30%，优选为菇渣70% -99%，海藻渣1% -30%。其中，所述的菇 渣优选包括木耳、香菇、凤尾菇、金针菇、杏鲍菇等种类中的至少一种，海藻渣优选包括龙须 菜、海带、紫菜、裙带菜中的至少一种。菇渣和海藻渣优选为粉碎使用，粉碎的目数优选为过 60目筛。合适的有机载体对功能微生物存活与功能的发挥具有重要作用，本发明中的载体 解决了功能微生物对粗矿受污染土壤存活与适应问题。
[0011] 三株菌具有重金属镉的耐受性：东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌、淡紫拟青霉在Cd2+ 浓度为〇--lg/L的固态培养基上生长良好，如图1所示，三株菌对镉的具有较强的耐受性。 同时三株菌能在含有不同Cd2+浓度0-lg/L的液体培养基中生长，进一步证明了三种菌种为 高耐受镉的菌株，为制备土壤重金属修复剂提供了良好的菌种来源。
[0012] 三株菌具有重金属镉的吸附性：东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌、淡紫拟青霉分别以 10%的接种量接种到在含有Cd2+浓度为0. 2-lg/L的发酵液中，发酵24h之后，对镉的去除 率多50%。在0. 4g/L的镉溶液中，东方伊萨酵母对镉的去除率最大可达到74. 25%，地衣 芽孢杆菌对镉的去除率可到达75. 45%，淡紫拟青霉对镉的去除率最大可达到85. 13%，且 随着发酵时间的延长，发酵液中Cd2+浓度保持稳定，具有吸附稳定性。
[0013] 有机活性载体具有重金属镉的吸附性：投加lg/L的有机活性载体于0. 01g/L的 Cd2+溶液中，吸附开始时去除率增加速度较快，在10min内去除率已经达到60. 0%，至40min 时去除率达到98. 5%。随后，反应速率减慢，去除率效率缓慢上升后趋于平衡。
[0014] 所述重金属修复剂的制备方法，具体步骤如下：
[0015] 1)淡紫拟青霉、东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌活化后分别接种在roB、YPD、营养琼 脂液体培养基上制备种子液；
[0016] 2)淡紫拟青霉、东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌种子液分别以8% -15%接种量接种 至H)B、YPD、营养琼脂二级发酵培养基中，28°C、180rpm发酵2-3d;
[0017] 3)所述的土壤重金属修复剂由淡紫拟青霉发酵液、东方伊萨酵母发酵液、地衣 芽孢杆菌发酵液和有机活性载体复配组成，按质量百分比的组成为淡紫拟青霉发酵液 2% -5%、东方伊萨酵母发酵液2 % -5%、地衣芽孢杆菌发酵液6 % -14%、有机活性载体 80% -90%。
[0018] 土壤重金属修复剂为粉剂，有效活菌数多2亿/g，水分20% -25%，有机质含量 彡55%，pH值范围在8-8. 5。
[0019] 所述重金属修复剂的应用，具体方法如下：
[0020] 施用量为100_300kg/亩，若为旱地土壤，翻耕前均匀的撒施在土壤表层后，翻耕 混匀，避免土壤干旱，配施有机肥效果更佳。若为水田，翻耕前均匀的撒施在土壤表层后，翻 耕混匀，平衡20-30d后插秧。最优施用方法为：施用量300kg/亩，均匀撒施后翻耕混匀，水 田翻耕混匀后平衡30d。
[0021] 土壤重金属修复剂的应用效果：土壤重金属修复剂以2g/L的接种量投加到含不 同的Cd2+浓度（0. 2-lg/L)的培养液中，经过72h后，发酵液中镉的去除率都大于60%，最 大值都可以达到85%以上。施用土壤重金属修复剂后，油麦菜的镉含量比空白对照组降低 了 49. 73%，稻米中镉含量比空白对照组降低了 51. 10%，稻米产量增加26. 70%。
[0022] 本发明采用的淡紫拟青霉、东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌对重金属镉具有较强的 耐受性和吸附性。且三种菌株能够相互协同又不产生拮抗作用，采用的有机活性载体也具 备较强的重金属吸附性。本发明的土壤重金属修复剂pH值范围在8-8. 5,有效改良土壤酸 化情况，更有利于重金属的钝化。有效活菌数多2亿/g，能钝化土壤中的有效镉，进而有效 阻断土壤中的镉流向植物中，还兼具提升地力、促生防病的功能，增产效果显著。本发明成 本低、效果好，能够原位修复土壤重金属污染，切合我国耕地资源紧缺的国情，对农田重金 属防治具有重要的经济价值和深远的生态意义。
[0023] 综上，本发明具有以下突出优点：
[0024] 1)本发明采用的淡紫拟青霉、东方伊萨酵母、地衣芽孢杆菌对重金属镉具有较 强的耐受性和钝化功能，是重金属修复的有效菌株，能够使有效态镉转化为碳酸盐结合态 (同时也包括磷酸盐态）、铁锰（铝）氧化物结合态、有机物结合态、残渣态等，菌株活性强， 适应镉范围较广。
[0025] 2)本发明采用的有机